By ساندرا هيلسيل تم النشر في 13 سبتمبر 2022
ملخصات أخبار الكم يُفتتح اليوم بـ "رؤى من زيارة لمختبرات أبحاث الكم التابعة لشركة IBM"، متبوعة بأبحاث QKD (DIQKD) المستقلة عن الأجهزة والتي ستجعل القرصنة غير مجدية. والثالث تقرير عن الباحثين الذين يقومون بتطوير جهاز "Metasurface" فائق الدقة لتكنولوجيا الكم والمزيد.
رؤى من زيارة إلى مختبرات أبحاث الكم التابعة لشركة IBM
قام كيفن كريويل، أحد المساهمين في مجلة فوربس، بزيارة مختبرات أبحاث الكم التابعة لشركة IBM في يوركتاون هايتس بنيويورك وتحدث مع جاي جامبيتا، زميل IBM ونائب رئيس قسم الحوسبة الكمومية في IBM Research وفريقه الذين يعملون على تطوير الحوسبة الكمومية. ملخصات أخبار الكم تلخص النقاط الرئيسية أدناه. اقرأ المقابلة الكاملة والتحليل هنا.
يبدأ كروال بهذا الشرح، "الهدف بالنسبة لباحثي شركة IBM هو جعل الحوسبة الكمومية موجودة في كل مكان قدر الإمكان لحل المشكلات الفريدة. لتسهيل الوصول إلى الأنظمة الكمومية، يجب أن تصبح "سحابية أصلية" أو "بدون خادم"، بحيث تصبح موردًا سحابيًا مشحونًا على أساس الاستخدام. في عصر مراكز البيانات المصنفة هذا، يمكن أن يكون الكم أحد العناصر الحسابية المتخصصة المتاحة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، تمامًا مثل وحدات معالجة الرسومات اليوم.
يقوم Krewall بعد ذلك بمراجعة هدف IBM المتمثل في مليون بت كمي: تتبع أبحاث IBM مسارًا مشابهًا للمسار المتبع مع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية: وضع عدد أكبر وأسرع من الكيوبتات على شريحة باستخدام تحجيم السيليكون؛ ربط القوالب الكمومية المتعددة كالبلاط؛ وبناء مجموعات من أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تعمل معًا.
في حين أن الهدف هو بناء أنظمة بملايين الكيوبتات الخام للحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء، إلا أن هناك الكثير من العمل الذي يمكن القيام به في هذه الأثناء لتحسين أداء الكيوبتات الخام للقيام بمزيد من العمل عاجلاً باستخدام تخفيف الأخطاء الكمومية. للحصول على نتائج كمومية أفضل باستخدام الكيوبتات الكمومية الصاخبة نسبيًا وقصيرة العمر، يتطلب الأمر بعض الحلول. لقد توصلت شركة IBM Research إلى اثنين من تقنيات تخفيف الأخطاء التي أثبتت فائدتها.
الهدف النهائي للحوسبة الكمومية العملية هو توفير ميزة على الحوسبة الكلاسيكية لحل المشكلات المهمة في إطار زمني معقول.
*****
يقوم الباحثون بتطوير جهاز "Metasurface" فائق الدقة لتكنولوجيا الكم
العلماء في البطيخ المختبرات الوطنية و معهد ماكس بلانك لعلوم الضوء قدمت تقريرًا عن جهاز يمكن أن يحل محل غرفة مليئة بالمعدات لربط الفوتونات في تأثير كمي غريب يسمى التشابك. هذا الجهاز - وهو نوع من المواد المهندسة النانوية تسمى السطح الخارق - يمهد الطريق لتشابك الفوتونات بطرق معقدة لم تكن ممكنة مع التقنيات المدمجة.
تم إجراء الأبحاث جزئيًا على هذا الجهاز الرائد، وهو أرق من قطعة من الورق بمئة مرة. مركز تقنيات النانو المتكاملة، منشأة مستخدم تابعة لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة تديرها مختبرات سانديا ولوس ألاموس الوطنية. تلقى فريق سانديا تمويلًا من مكتب العلوم، برنامج علوم الطاقة الأساسية.
يعمل السطح الخارق الجديد بمثابة مدخل لهذه الظاهرة الكمومية غير العادية. في بعض النواحي، يشبه الأمر المرآة في رواية لويس كارول "من خلال المرآة"، والتي تختبر من خلالها بطلة الرواية الشابة أليس عالمًا جديدًا وغريبًا.
وبدلاً من المرور عبر جهازهم الجديد، قام العلماء بتسليط الليزر من خلاله. يمر شعاع الضوء عبر عينة رقيقة جدًا من الزجاج مغطاة بهياكل نانوية مصنوعة من مادة شبه موصلة شائعة تسمى زرنيخيد الغاليوم. قال إيجال برينر، كبير العلماء في سانديا، والخبير في مجال يسمى البصريات غير الخطية الذي قاد فريق سانديا: "إنه يشوش جميع المجالات البصرية". وقال إنه في بعض الأحيان يخرج زوج من الفوتونات المتشابكة بأطوال موجية مختلفة من العينة في نفس اتجاه شعاع الليزر الوارد.
توضح الورقة العلمية كيف نجح الفريق في ضبط سطحه الخارق لإنتاج فوتونات متشابكة ذات أطوال موجية مختلفة، وهي مقدمة حاسمة لتوليد عدة أزواج من الفوتونات المتشابكة بشكل معقد في وقت واحد.
*****
QKD المستقل عن الجهاز (DIQKD) سيجعل القرصنة غير مجدية
إن QKD المستقل عن الجهاز (يُشار إليه اختصارًا بـ DIQKD) معروف نظريًا منذ تسعينيات القرن العشرين، ولكن تم تنفيذه تجريبيًا فقط من قبل فريق بحث دولي برئاسة جامعة لودفيج ماكسيميليان في ميونيخ الفيزيائي هارالد وينفورتر وتشارلز ليم من جامعة سنغافورة الوطنية (NUS). لا يتأثر بروتوكول التشفير بالجهاز. يلخص ملخص أخبار Quantum ويشارك التقرير الأخير من SciTechDaily.
مع طرق QKD التقليدية، يتم ضمان الأمان فقط عندما يتم توصيف الأجهزة الكمومية المستخدمة بشكل جيد بما فيه الكفاية. "وهكذا، يجب على مستخدمي مثل هذه البروتوكولات الاعتماد على المواصفات التي يقدمها موفرو QKD والثقة في أن الجهاز لن يتحول إلى وضع تشغيل آخر أثناء توزيع المفتاح،" يوضح تيم فان لينت، أحد المؤلفين الأربعة الرئيسيين لـ ورقة جنبًا إلى جنب مع Wei Zhang و Kai Redeker. لقد كان من المعروف منذ عقد من الزمان على الأقل أن أجهزة QKD الأقدم يمكن اختراقها بسهولة من الخارج، كما يتابع فان لينت.
في DIQKD، يتم استخدام الاختبار "على وجه التحديد للتأكد من عدم وجود أي تلاعب في الأجهزة - وهذا يعني، على سبيل المثال، أن نتائج القياس المخفية لم يتم حفظها في الأجهزة مسبقًا"، كما يوضح فاينفورتر.
يوضح وينفورتر: "باستخدام طريقتنا، يمكننا الآن إنشاء مفاتيح سرية باستخدام أجهزة غير مميزة ومن المحتمل أن تكون غير جديرة بالثقة".
أحد الأهداف التالية هو توسيع النظام ليشمل عدة أزواج ذرية متشابكة. يقول فان لينت: "سيسمح هذا بتوليد العديد من حالات التشابك، مما يزيد من معدل البيانات وفي النهاية الأمان الرئيسي".
*****
الاندفاع الجيوسياسي لتطوير تقنيات الكم كما رأينا من الهند
الولايات المتحدة والصين وروسيا والمملكة المتحدة هي العالمية لاعبين الذين لديهم السبق في المجال الكمي. أصبحت نية الدول لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا تقاوم ربح قيادة استراتيجية في الأمن السيبراني والعمليات الاستخباراتية والصناعة الاقتصادية. فيد شيندي هو طالب في العلوم السياسية والاقتصاد في كلية سانت ستيفنز، جامعة دلهي، الهند، وهو مؤلف هذه النظرة العامة عن التطور الكمي العالمي في الجغرافيا السياسية.
الدول المذكورة أعلاه لديها كرس الموارد النقدية الأسية نحو البحث والتطوير الكمي. حاليًا، تضم الولايات المتحدة أكبر كمبيوتر كمي في العالم، وهو جهاز Eagle التابع لشركة IBM. آي بي إم أيضاً ويسعى للسيطرة على الفضاء الكمي باستخدام شريحة كمبيوتر ضخمة يمكنها معالجة أكثر من 1.000 كيوبت. إن القوى التكنولوجية مثل Google وMicrosoft وIBM كلها شركات أمريكية تسمح للولايات المتحدة بالاحتفاظ بريادة قوية في مجال الحوسبة الكمومية.
لدى الصين والولايات المتحدة والمملكة المتحدة خطط وطنية تنافسية لجذب المواهب والخبرات الحاسوبية. على سبيل المثال، الصينية لديهم "خطة الألف موهبة" التي أذهلت أعين العالم. وتبذّر بكين الأموال لجذب العلماء والباحثين. الصين لديها أيضا استثمرت في مسارين معماريين مختلفين للحصول على مزايا حسابية في التفوق الكمومي. هذه المسارات عبارة عن أخذ عينات من البوزونات الغوسية المستندة إلى الضوء وأخذ عينات من الدوائر الكمومية العشوائية المعتمدة على الإلكترون، والتي تُستخدم أيضًا في برنامج Eagle الخاص بشركة IBM.
وفرضت كل من الولايات المتحدة والصين قيودًا متبادلة على الشركات المحلية للحد من التبادل التكنولوجي مع بعضها البعض. وقد أثار هذا تساؤلات من جهات مختلفة حول الديناميكيات الجيوسياسية التي تشكل سلاسل توريد تكنولوجيا الكم. نظرًا لطبيعتها المركزة وكثيفة رأس المال، فإن سلاسل التوريد هذه تقع تحت التهديد من المنافسات الجيوسياسية. وسوف يتكثف هذا مع تطوير أنظمة الملكية الفكرية والمعايير العالمية للتقنيات الكمومية.
فرنسا وألمانيا وأستراليا وكندا وسويسرا والنمسا وإسرائيل وهولندا والهند وكوريا الجنوبية وسنغافورة واليابان هي أمثلة قليلة آخر الأمم التي صنعت أيضا مبادرات وطنية واضحة المعالم في تقنيات الكم.
بالنسبة لدولة مثل الهند، تحمل التقنيات الكمومية إمكانيات متعددة. نحن خبراء بالتدريب يشيرون إلى أن التشفير الكمي يمكنه تأمين الاتصالات، ويمكن أن تساعد المحاكاة الكمومية في استكشاف المواد اللازمة للتكنولوجيات الخضراء، كما يمكن أن يساعد الاستشعار الكمومي في رسم خرائط لتأثير تغير المناخ. أطلقت الهند بالفعل مهمة وطنية لتقنيات وتطبيقات الكم (NMQTA) بميزانية إجمالية مصاريف من ثمانية آلاف كرور روبية وأثبتت نيتها في تطوير هذه التقنيات.
*****
ساندرا ك.هيلسيل ، دكتوراه. تقوم بالبحث وإعداد التقارير حول التقنيات الرائدة منذ عام 1990. وهي حاصلة على درجة الدكتوراه. من جامعة أريزونا.
